[發(fā)明專(zhuān)利]一種模擬邊坡現(xiàn)場(chǎng)巖體崩解的試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710798854.2
• 申請(qǐng)日: 2017-09-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107655771B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹雪山;劉揚(yáng);李國(guó)維;袁俊平;吳建濤;殷宗澤;張坤勇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N3/32
• 分類(lèi)號(hào): G01N3/32;G01N1/04;G01N1/28;G01N1/44
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李倩

1.一種模擬邊坡現(xiàn)場(chǎng)巖體崩解的試驗(yàn)裝置，其特征在于：包括濕化設(shè)備、試驗(yàn)箱、測(cè)試設(shè)備以及崩解物的收集設(shè)備；試驗(yàn)箱置于溫控室中，溫控室內(nèi)設(shè)有溫控器和加熱燈；其中，試驗(yàn)箱由多塊鋼板圍合而成，形成頂部開(kāi)口的直角梯形，試驗(yàn)箱的斜邊與水平面的夾角為33.3°~66.7°；從濕化設(shè)備中流出的沖刷水流沿著試驗(yàn)箱的斜邊流下；試驗(yàn)箱底部設(shè)有多個(gè)通孔結(jié)構(gòu)，待測(cè)試巖體放置于試驗(yàn)箱中；待測(cè)試巖體的崩解物沿著試驗(yàn)箱的斜邊流入收集設(shè)備中，收集設(shè)備位于試驗(yàn)箱斜邊的下端部；測(cè)試設(shè)備通過(guò)設(shè)置在試驗(yàn)箱上的百分表得到待測(cè)試巖體的崩解變形量；濕化設(shè)備包括通過(guò)管道連通的貯水筒和溢流槽，管道上設(shè)有開(kāi)關(guān)和流量計(jì)；收集設(shè)備包括水箱以及位于水箱底部的臺(tái)稱(chēng)；在干濕循環(huán)下的不同時(shí)間段，定期對(duì)巖體進(jìn)行圖像采集，并進(jìn)行圖像處理，借助photoshop將照片進(jìn)行二值化，再通過(guò)Matlab進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得出巖石表面的裂隙度；

具體試驗(yàn)步驟為：

（1）構(gòu)建崩解試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)裝置四周及底板均為鋼板，底面積為30cm×30cm，底部鉆有透水孔，便于入滲巖石水體排出，較長(zhǎng)一邊高度為30cm，較短一邊高度為20cm，坡度為1:3；

（2）現(xiàn)場(chǎng)取原狀樣，原狀樣尺寸為30cm×30cm×30cm，巖樣由于結(jié)構(gòu)面較強(qiáng)，容易受擾動(dòng)而發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，保證巖樣的完整性，在巖樣各邊預(yù)留10cm的保護(hù)厚度；

（3）制樣現(xiàn)場(chǎng)取的方樣需用切土刀進(jìn)行修整成底面積為30cm×30cm，巖樣坡后高度為30cm，巖樣坡前高度為20cm，坡度為1:3，并在裝置兩端裝上百分表，百分表用于測(cè)量在干濕條件下的崩解變形量；

（4）環(huán)境模擬，觀測(cè)試驗(yàn)裝置時(shí)，為了避免外界環(huán)境干擾，影響觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用木制圍欄進(jìn)行維護(hù)，并運(yùn)用加熱燈對(duì)試驗(yàn)箱進(jìn)行恒溫控制；

（6）試驗(yàn)過(guò)程與測(cè)試，在室內(nèi)恒溫條件下，記錄在不同時(shí)間百分表的讀數(shù)，干燥初期24h，讀數(shù)及拍照時(shí)間為1min，3min，7min，15min，30min，1h，2h，4h，8h，16h，24h，然后每24h讀一次數(shù)，當(dāng)連續(xù)3d讀數(shù)的差值0.1mm/1d，說(shuō)明讀數(shù)穩(wěn)定，認(rèn)為巖樣此時(shí)已經(jīng)風(fēng)干；然后進(jìn)入濕化階段，坡面浸水，以大于1L/min的沖刷水流量沖刷坡面2min~10min，記錄濕化過(guò)程中濕化時(shí)間、沖刷水流量及巖體浸水前后百分表的讀數(shù)；干燥-浸水為1次干濕循環(huán)過(guò)程；試驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行4~5次干濕循環(huán)的試驗(yàn)，每次干濕循環(huán)歷時(shí)約11天；

（7）當(dāng)變形量由于崩解過(guò)大而接近百分表的量程時(shí)，應(yīng)對(duì)百分表進(jìn)行重置，記錄百分表從試驗(yàn)開(kāi)始至結(jié)束之后變形量的總和，同時(shí)定期拍照，觀察巖體在干濕循環(huán)作用下表面裂隙開(kāi)展情況。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬邊坡現(xiàn)場(chǎng)巖體崩解的試驗(yàn)裝置，其特征在于：試驗(yàn)箱邊上安裝有4個(gè)百分表。

3.權(quán)利要求1所述模擬邊坡現(xiàn)場(chǎng)巖體崩解的試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，構(gòu)建巖體崩解試驗(yàn)裝置：包括濕化設(shè)備、試驗(yàn)箱、測(cè)試設(shè)備以及崩解物的收集設(shè)備；試驗(yàn)箱置于溫控室中，溫控室內(nèi)設(shè)有溫控器和加熱燈，試驗(yàn)箱由多塊鋼板圍合形成頂部開(kāi)口的直角梯形，試驗(yàn)箱的斜邊與水平面的夾角為33.3°~66.7°，試驗(yàn)箱底部設(shè)有多個(gè)通孔結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)箱邊上安裝有4個(gè)百分表；待測(cè)試巖體放置于試驗(yàn)箱中，且待測(cè)試巖體的尺寸不小于試驗(yàn)箱的體積；

步驟2，試驗(yàn)過(guò)程與測(cè)試：溫控室通過(guò)加熱燈對(duì)試驗(yàn)箱進(jìn)行恒溫控制，記錄在不同時(shí)間點(diǎn)百分表的讀數(shù)，干燥初期24h，讀數(shù)同時(shí)進(jìn)行圖像采集，時(shí)間分別為1min，3min，7min，15min，30min，1h，2h，4h，8h，16h，24h，隨后每24h讀一次數(shù)，當(dāng)連續(xù)3d百分表上讀數(shù)的差值0.1mm/1d，說(shuō)明讀數(shù)穩(wěn)定，認(rèn)為巖樣此時(shí)已經(jīng)風(fēng)干；然后進(jìn)入濕化階段，坡面浸水，通過(guò)流量計(jì)控制濕化設(shè)備中流出的沖刷水流量及沖刷坡面時(shí)間確定濕化程度，并記錄濕化過(guò)程中濕化時(shí)間、沖刷水流量及巖體浸水前后百分表的讀數(shù)；

步驟3，干燥-浸水為1次干濕循環(huán)過(guò)程；重復(fù)步驟2的試驗(yàn)操作4~5次，每次干燥-浸水歷時(shí)不少于5天；最終得到巖體經(jīng)過(guò)4~5次干濕循環(huán)后的崩解變形量。

4.權(quán)利要求3所述模擬邊坡現(xiàn)場(chǎng)巖體崩解的試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，其特征在于：步驟2中，沖刷水流的流速為勻速流速，大于1L/min。

5.權(quán)利要求3所述模擬邊坡現(xiàn)場(chǎng)巖體崩解的試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，其特征在于：在干濕循環(huán)下的不同時(shí)間段，定期對(duì)巖體進(jìn)行圖像采集，并進(jìn)行圖像處理，借助photoshop將照片進(jìn)行二值化，再通過(guò)Matlab進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得出巖石表面的裂隙度。